Ako funguje Dopplerov radar?

Dopplerovský radar pre radarové zbrane a počasie

Mobilné Dopplerovské radarové nákladné vozidlo, ktoré sa zúčastňuje projektu Vortex 2, skenuje búrku produkujúcu tornádo v západnej Nebraske. Ryan McGinnis, Getty Images

Jeden objav, ktorý sa používa rôznymi spôsobmi, je Dopplerov efekt , aj keď na prvý pohľad by sa vedecký objav zdal dosť nepraktický.

Dopplerov efekt je o vlnách, veciach, ktoré tieto vlny produkujú (zdroje) a veciach, ktoré tieto vlny prijímajú (pozorovateľov). V podstate hovorí, že ak sa zdroj a pozorovateľ pohybujú voči sebe navzájom, potom bude frekvencia vlny pre nich dvoch odlišná. To znamená, že ide o formu vedeckej relativity.

V skutočnosti existujú dve hlavné oblasti, v ktorých sa táto myšlienka pretavila do praktického výsledku a obe skončili s rukoväťou „Dopplerovho radaru“. Technicky je dopplerovský radar to, čo používajú policajné „radarové zbrane“ na určenie rýchlosti motorového vozidla. Ďalšou formou je Pulzný-Dopplerov radar, ktorý sa používa na sledovanie rýchlosti zrážok a zvyčajne ľudia poznajú tento výraz, ktorý sa používa v tomto kontexte počas správ o počasí.

Dopplerov radar: Policajná radarová zbraň

Dopplerovský radar funguje tak, že vysiela lúč o elektromagnetická radiácia vlny naladené na presnú frekvenciu na pohybujúci sa objekt. (Samozrejme, môžete použiť Dopplerov radar na stacionárny objekt, ale je to celkom nezaujímavé, pokiaľ sa cieľ nepohybuje.)

Keď vlna elektromagnetického žiarenia zasiahne pohybujúci sa objekt, „odrazí“ sa späť k zdroju, ktorý tiež obsahuje prijímač, ako aj pôvodný vysielač. Keďže sa však vlna odráža od pohybujúceho sa objektu, vlna je posunutá tak, ako je naznačené relativistický Dopplerov jav .

V zásade sa s vlnou, ktorá sa vracia smerom k radarovému dela, zaobchádza ako s úplne novou vlnou, ako keby bola vyžarovaná cieľom, od ktorého sa odrazila. Cieľ v podstate funguje ako nový zdroj pre túto novú vlnu. Keď je táto vlna prijatá z pištole, má frekvenciu odlišnú od frekvencie, keď bola pôvodne vyslaná smerom k cieľu.

Od elektromagnetického žiarenia bola na presnej frekvencii, keď bola odoslaná a je na novej frekvencii po jej návrate, môže sa použiť na výpočet rýchlosti, v , cieľa.

Pulzný Dopplerov radar: Dopplerov radar počasia

Pri sledovaní počasia je to práve tento systém, ktorý umožňuje vírivé zobrazenie vzorcov počasia a čo je dôležitejšie, detailnú analýzu ich pohybu.

Radarový systém Pulse-Doppler umožňuje nielen určenie lineárnej rýchlosti, ako v prípade radarovej pištole, ale umožňuje aj výpočet radiálnych rýchlostí. Robí to tak, že namiesto lúčov žiarenia vysiela impulzy. Posun nielen vo frekvencii, ale aj v nosných cykloch umožňuje určiť tieto radiálne rýchlosti.

Aby sa to dosiahlo, je potrebná starostlivá kontrola radarového systému. Systém musí byť v koherentnom stave, ktorý umožňuje stabilitu fáz pulzov žiarenia. Jednou nevýhodou je, že existuje maximálna rýchlosť, nad ktorou pulzno-dopplerovský systém nemôže merať radiálnu rýchlosť.

Aby ste to pochopili, zvážte situáciu, keď meranie spôsobí posun fázy impulzu o 400 stupňov. Matematicky je to totožné s posunom o 40 stupňov, pretože prešiel celým cyklom (celých 360 stupňov). Rýchlosti spôsobujúce posuny, ako je tento, sa nazývajú „rýchlosť naslepo“. Je funkciou frekvencie opakovania impulzov signálu, takže zmenou tohto signálu tomu môžu meteorológovia do určitej miery zabrániť.

UpravilAnne Marie Helmenstine, Ph.D.